光学学期考试考纲

光学学期考试考纲

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《光学》学期考试考纲

第一章 光的干涉

一、知识点 1、关于光波：

（1）光是一种电磁波，且是一种横波。能引起人的视觉效应的是光的电矢量。光强即光振动电矢量振幅的平方。人眼对光的视觉暂停时间约为。

（2）可见光波长范围：0

76003900A A —，频率范围：Hz Hz 1414101.4105.7⨯⨯—。 （3）普通光源发光机制：A 、波列有限（驰豫时间810-s ）。 B 、随机性和不关联性。

C 、普通光源发光包含各种波长和初位相的光波、周期约为1510-s 。 2、关于（光）波的传播与叠加

（1）波面、波前：空间中位相相同的点组成的面叫波面。传播在最前面的波面叫波前，也叫波阵面。

（2）惠更斯原理：波所到的每一点都可以看作发射次级子波的波源，新的波阵面就是前一时刻波面上各点作为次级子波源发光的各波阵面的包迹（切面）。 （3）光程：ct r c

nr ==

=∆υ

、光程差：1122r n r n -=δ

光程的含义：将光在介质中所走的路程折换成光在相同时间内在真空中所走的路程。 （4）半波损失：在正入射或掠入射的情况下，当光从光疏媒质入射到光密媒质时反射光相对于入射光会出现π的位相差，相当于反射光多走或少走了半个波长的光程。

（5）额外程差：（1）当⎩⎨⎧≥≥≤≤321321n n n n n n 时，额外程差为零 （2）当⎩⎨⎧≥≤3123

12n n n n n n 、、时，额外程

差为

2

λ

（6）简谐振动合成的几种情况

A 、振动方向相同、频率相同的简谐振动的合成（干涉、衍射、驻波）

B 、振动方向相同、频率不同的简谐振动的合成（频拍（当频率相差很小时，准简谐振动））

C 、振动方向垂直、频率相同的简谐振动的合成（合振动矢量末端的轨迹为直线、圆或椭圆）

D 、振动方向垂直、频率不同的简谐振动的合成（利萨如图）

（7）、振动方向相同的简谐振动的合成方法：a 、瞬时值加法、b 、复数法、c 、旋转矢量法与振幅矢量法

3、光的干涉：当两列波在空中交叠时，在交叠区域出现的稳定的合振动强度有些地方加强，有些地方减弱，这种强度按空间周期性变化的现象叫干涉。

（1）相干条件：A 、频率相同；B 、振动方向几乎沿一条直线；C 、在观察时间内初位相差不随时间改变。

（2）获得相干光的两种方法：分波面法、分振幅法

（3）满足相干条件的两列光波的合振幅：ϕ∆++=cos 2212

2

212A A A A A （4）极大极小条件：A 、关于位相的极大极小条件⎩

⎨⎧+=∆±±==∆πϕπϕ）（极小：、、、

、极大：122102j j j

B 、关于光程的极大极小条件为：

⎪⎩

⎪⎨⎧

+=∆=±±==∆=21222102λϕπλδλϕπλδ）

（、、、、j j j 4、干涉条纹的可见度（对比度、反衬度）：min

max min

max I I I I V +-=

（1）相干长度：能产生干涉的最大光程差（波列长度L ）λ

λδ∆≈2

max

各种光源所发光对应的波列长度：

白光（0

1500A =∆λ）： 与波长同量级 钠光：L= 低气压镉灯：L=40cm 低气压80Kr 灯光：L=70cm Ne He -激光：几百公里

（2）时间相干性：若前后两个时刻传来的光隶属于同一波列， 则它们是相干的，称具有时间相干性。

（3）空间相干性：描述光场中在光的传播路径上空间横向两点在同一时刻光振动的关联程度。

5、分波面法典型实验 （1）杨氏干涉

A 、光程差：0

r y d

=δ B 、条纹等间距：λd

r y 0

=

∆，条纹是等间距的 C 、d r 、0一定时，若用白光做实验，则中央零级仍为白色，而在两侧各级为由紫到红的彩带。j 较大的λ不同的同级条纹重叠，但不相干。

D 、干涉条纹体现了参与相干叠加的光波间相位差的空间周期分布。 （2）菲涅耳双面镜实验

特点：与杨氏干涉条纹特点相同，只是条纹数目有限 （3）洛埃镜实验

特点：与杨氏干涉条纹特点相同，只是条纹数目有限。

证明了半波损失的存在

6、分振幅薄膜干涉

21a a 、两束光的光程差：

y

（1）光程差：

()额外程差

额外程差

额外程差

±-=±=±'-+=1212

2020212sin 2cos 2i n n d i d n C A n BC AB n δ

（2）分类：

A 、等倾干涉：λ、0d 不变，21i i 或变化

B 、等厚干涉：λ、或21i i 不变，0d 变化

C 、等色干涉：021d i i 、或不变，λ变化 （3）等倾干涉

特点：A 、可以用面光源

B 、干涉条纹的形状是同心圆环

C 、级数为内高外低

D 、干涉条纹数目有限，2

1

220

max -

−−→−=λ

h

n j j E 、用白光作实验，同一级条纹内红外紫 F 、干涉条纹内疏外密

（4）等厚干涉

A 、劈尖

光线垂直照射，光程差2

22λ

δ±

=h n

条纹特点：（A ）条纹形状是平行于底边的等间距的直线

条纹间距：α

λ

αn h l 2sin ≈

∆=

∆ （B ）任意相邻明或暗纹对应的膜厚度差为：n

h 2λ

=∆

（C ）厚的地方条纹级数高

（D ）用白光作实验，同一级上紫下红、交线处为白色或黑色

（E ）α变大，条纹向底边移动，条纹间距变小；反之条纹向上移动，条纹

间距变大

d h

∆l

∆α